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文檔簡介

1、學(xué)習(xí)必備歡迎下載第三章二維隨機變量及其分布第一節(jié)基本概念1、概念網(wǎng)絡(luò)圖均勻分布常見二維分布正態(tài)分布離散型分布律聯(lián)合分布連續(xù)型分布密度(X,Y)Z XY邊緣分布條件分布函數(shù)分布 Z max,min( X1, X 2 , X n )獨立性2分布三大統(tǒng)計分布t分布F分布學(xué)習(xí)必備歡迎下載2、重要公式和結(jié)論離散型( 1 )聯(lián)合分布連續(xù)型如果二維隨機向量( X, Y)的所有可能取值為至多可列個有序?qū)Γ?x,y ),則稱為離散型隨機量。設(shè)=( X,Y)的所有可能取值為( xi, y j )(i , j1,2, ) ,且事件 =( xi, y j ) 的概率為 pij, , 稱P( X ,Y)( xi , y

2、 j )pij (i, j1,2,)為=(X, Y)的分布律或稱為 X 和 Y 的聯(lián)合分布律。聯(lián)合分布有時也用下面的概率分布表來表示:Yy1y2yjXx1p11p12p1jx2pp22p2j21xipi1pij這里 pij 具有下面兩個性質(zhì):( 1) pij 0( i,j=1,2,);( 2)pij1.i j對于二維隨機向量(X,Y),如果存在非負(fù)函數(shù)f (x, y)(x,y) ,使對任意一個其鄰邊分別平行于坐標(biāo)軸的矩形區(qū)域D,即D=(X,Y)|a<x<b,c<y<d有P( X ,Y)Df (x, y)dxdy,D則稱為連續(xù)型隨機向量;并稱f(x,y)為=( X, Y)

3、的分布密度或稱為X 和 Y 的聯(lián)合分布密度。分布密度f(x,y)具有下面兩個性質(zhì):( 1)f(x,y) 0;( 2)f ( x, y)dxdy1.學(xué)習(xí)必備歡迎下載( 2)二維( Xx,Yy)( XxYy)隨機變量的本質(zhì)設(shè)( X, Y)為二維隨機變量,對于任意實數(shù)x,y, 二元函數(shù)F ( x, y)P Xx, Yy稱為二維隨機向量(X,Y)的分布函數(shù),或稱為隨機變量X 和 Y 的聯(lián)合分布函數(shù)。分布函數(shù)是一個以全平面為其定義域,以事件( 1,2 ) |X( 1)x,Y (2 )y 的概率為函數(shù)值的一個實值函數(shù)。分布函數(shù)F(x,y)具有以下的基本性質(zhì):( 3)聯(lián)合(1) 0F ( x, y)1;分布

4、函數(shù)( 2) F(x,y )分別對 x 和 y 是非減的,即當(dāng) x2>x1 時,有 F( x2,y ) F(x 1,y); 當(dāng) y2>y 1 時,有 F(x,y2) F(x,y 1);( 3) F(x,y )分別對 x 和 y 是右連續(xù)的,即F ( x, y)F ( x0, y), F ( x, y)F ( x, y0);(4)F( ,)F (, y) F ( x,) 0,F(,) 1.( 5)對于 x1x2, y1y2,F(xiàn) ( x2, y2 )F ( x2, y1 )F (x1, y2 )F (x1, y1 ) 0 .( 4)離散P( Xx, Yy)P(xXx dx, y Yyd

5、y)f ( x, y) dxdy型與連續(xù)型的關(guān)系X 的邊緣分布為PiP( Xxi )pij (i , j1,2,) ;離散型jY 的邊緣分布為( 5)邊緣P jP(Yy j )pij (i , j1,2,) 。i分布X 的邊緣分布密度為f X ( x)f (x, y) dy;連續(xù)型Y 的邊緣分布密度為f Y ( y)f ( x, y)dx.學(xué)習(xí)必備歡迎下載離散型( 6 )條件分布連續(xù)型一般型離散型在已知 X=xi 的條件下, Y 取值的條件分布為P(Yy j | Xxi )pij ;pi在已知 Y=yj 的條件下, X 取值的條件分布為pijP(Xxi |Yy j ),p j在已知 Y=y 的

6、條件下, X 的條件分布密度為f (x | y)f ( x, y);fY ( y)在已知 X=x 的條件下, Y 的條件分布密度為f ( x, y)f ( y | x)f X ( x)F(X,Y)=F X(x)F Y(y)pijpi p j有零不獨立f(x,y)=fX(x)fY(y)連續(xù)型( 7 )獨立性二維正態(tài)分布直接判斷,充要條件:可分離變量正概率密度區(qū)間為矩形f ( x, y)1e21212 0x 1212 ( x 1 )( y 2 )y2(1 2)11 2222,隨機變量的函數(shù)若 X1,X 2, Xm,X m+1, Xn 相互獨立,h,g為連續(xù)函數(shù),則:h(X1, X2, Xm)和 g

7、( Xm+1, Xn)相互獨立。特例:若X 與 Y 獨立,則: h( X)和 g(Y)獨立。例如:若X 與 Y 獨立,則: 3X+1 和 5Y-2 獨立。學(xué)習(xí)必備歡迎下載設(shè)隨機向量(X, Y)的分布密度函數(shù)為1( x, y)DSDf ( x, y)0,其他其中 SD 為區(qū)域 D的面積,則稱( X,Y)服從 D 上的均勻分布,記為( X,Y)U( D)。例如圖 3.1 、圖 3.2 和圖 3.3 。y1D1O1x( 8)二維圖 3.1均勻分布y1D2O2x1圖 3.2ydD3cOabx圖 3.3學(xué)習(xí)必備歡迎下載( 9 )二維正態(tài)分布( 10)函數(shù)分布設(shè)隨機向量(X, Y)的分布密度函數(shù)為x 12

8、2112 ( x 1 )( y 2 )y 2f ( x, y)e2(1 2)11 22,21212其中1,2,10,20, | 1是 5 個參數(shù),則稱( X,Y)服從二維正態(tài)分布,記為( X,Y) N(1 ,2, 12,22 ,).由邊緣密度的計算公式,可以推出二維正態(tài)分布的兩個邊緣分布仍為正態(tài)分布,即 XN(1, 12 ),Y N( 2,22 ).但是若 XN( 1, 12 ),Y N(2, 22 ) , (X, Y) 未必是二維正態(tài)分布。根據(jù)定義計算:FZ ( z) P( Z z) P( X Y z)對于連續(xù)型, f Z(z) f x zx dx( ,)Z=X+Y兩個獨立的正態(tài)分布的和仍為

9、正態(tài)分布(12 ,22)。12n 個相互獨立的正態(tài)分布的線性組合,仍服從正態(tài)分布。Cii ,222Ciiii若 X1, X2X n相互獨立,其分布函數(shù)分別為Fx1 (x), Fx2 ( x)Fxn (x) ,則 Z=max,min(X 1 ,X 2, X n)的分布Z=max,min(函數(shù)為:X 1,X 2, X n)Fmax ( x)Fx1 (x)Fx2 ( x)Fxn ( x)Fmin ( x)11Fx1 ( x)1Fx2 ( x) 1 Fxn ( x)學(xué)習(xí)必備歡迎下載設(shè) n 個隨機變量X 1 , X 2 , X n 相互獨立,且服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布,可以證明它們的平方和nW X i2i 1的

10、分布密度為1nu1nu2e 2f (u)2 2n20,u 0, u 0.我們稱隨機變量W服從自由度為n 的2 分布,記為 W2 ( n) ,2 分布其中nn1x dx.x 2e20所謂自由度是指獨立正態(tài)隨機變量的個數(shù),它是隨機變量分布中的一個重要參數(shù)。2 分布滿足可加性:設(shè)Yi2 (ni ),則k2 (n1 n2ZYi nk ).i 1設(shè) X, Y 是兩個相互獨立的隨機變量,且X N (0,1),Y 2 (n),可以證明函數(shù)TXY / n的概率密度為t 分布n 12n 12t2(t).f (t)1nnn2我們稱隨機變量T 服從自由度為t 分布,記為T t(n)。t1(n)t(n)學(xué)習(xí)必備歡迎下

11、載設(shè) X 2 ( n1 ), Y 2 (n2 ) ,且X 與 Y 獨 立,可以 證明F X / n1 的概率密度函數(shù)為Y / n2n1n2n1n1 1n1n2221n1y2F 分布n1n1y 2, y 0f ( y)n2n2n2220, y0我們稱隨機變量F 服從第一個自由度為n1,第二個自由度為 n2的 F 分布,記為 F f(n 1, n 2).1F1(n1 , n2 )F (n2 , n1 )例 3 1二維隨機向量(X, Y)共有六個取正概率的點,它們是:( 1, -1 ),( 2,-1 ),( 2,0), 2, 2),(3, 1),(3, 2),并且( X, Y)取得它們的概率相同,則

12、(X,Y)的聯(lián)合分布及邊緣分布為Y-1012p ·X1110001662110116662300111663p·j111113663例 3 2: 設(shè)二維連續(xù)型隨機變量( X, Y)在區(qū)域D上服從均勻分布,其中D( x, y) :| xy |1, | xy | 1,求 X 的邊緣密度 f(x)X例 3 3:設(shè)隨機變量 X 以概率 1 取值 0,而 Y 是任意的隨機變量,證明X 與 Y 相互獨立。例 3 4:如圖 3.1,f(x,y)=8xy, fX(x)=4x3, f Y(y)=4y-4y3,不獨立。例 3 5: f(x,y)=Axy2 ,0 x2,0 y10, 其他例 36

13、:設(shè) X 和 Y 是兩個相互獨立的隨機變量,且X U( 0,1),Y e( 1),求 Z=X+Y的分布密度函數(shù) f z(z) 。學(xué)習(xí)必備歡迎下載例 3 7:設(shè)隨機變量X 與 Y 獨立,其中X 的概率分布為12X ,0.40.6而 Y 的概率密度為e(1) ,求隨機變量 U=X的概率密度 g(u) 。Y1第二節(jié)重點考核點二維隨機變量聯(lián)合分布函數(shù)、隨機變量的獨立性、簡單函數(shù)的分布第三節(jié)常見題型1、二維隨機變量聯(lián)合分布函數(shù)例 3 8:如下四個二元函數(shù),哪個不能作為二維隨機變量(X, Y)的分布函數(shù)?(1 e x )(1ey ),0x,0y,(A) F1 (x, y)0,其他 .(B) F2 (x,

14、y)1arctanxy.222arctan231,x2 y1,(C) F3 (x, y)0,x2 y1.1 2 x2 y2 x y ,0 x,0 y,(D) F4 (x, y)0,其他 .例 3 9:設(shè) X 與 Y 是兩個相互獨立的隨機變量,它們均勻地分布在(0, l )內(nèi),試求方程t 2+Xt+Y=0 有實根的概率。例 3 10:將一枚均勻硬幣連擲三次,以X 表示三次試驗中出現(xiàn)正面的次數(shù),Y 表示出現(xiàn)正面的次數(shù)與出現(xiàn)反面的次數(shù)的差的絕對值,求(X, Y)的聯(lián)合分布律。學(xué)習(xí)必備歡迎下載101例 311:設(shè)隨機變量 X i 1, i 1,2,且 P(X1X20) 1,求 P(X1 X 2 ).1

15、1424例 312:設(shè)某班車起點站上車人數(shù)X 服從參數(shù)為(0) 的泊松分布, 每位乘客在中途下車的概率為 p(0<p<1) ,并且他們在中途下車與否是相互獨立的,用Y 表示在中途下車的人數(shù),求:二維隨機向量(X,Y)的概率分布。例 3 13:設(shè)平面區(qū)域D 是由 y1與直線 y=0,x=1,x=e2 所圍成(如圖 3.15 ),二維隨機向x量 =( X,Y)在 D上服從均勻分布,求( X, Y)關(guān)于 X 的邊緣分布密度在x=2 處的值。例 3 14:設(shè)隨機變量X 在區(qū)間(0,1)上服從均勻分布,在 Xx(0 x1) 的條件下,隨機變量 Y 在區(qū)間 (0, x) 上服從均勻分布,求(

16、) 隨機變量X 和 Y 的聯(lián)合概率密度;( ) Y 的概率密度;() 概率 PXY12、隨機變量的獨立性例 3 15:設(shè)隨機變量X 在 1, 2, 3, 4 四個整數(shù)中等可能地取值,另一隨機變量Y 在 1 X中等可能地取一整數(shù)值,試求(X, Y)的分布律, X, Y 的邊緣分布律,并判斷獨立性。例 316:設(shè)隨機變量 X 與 Y 獨立,并且 P(X=1)=P(Y=1)=p ,P(X=0)=P(Y=0)=1-p=q ,0<p<1。定義隨機變量 Z 為1若X為偶數(shù),YZ若X為奇數(shù),0Y問當(dāng) p 取何值時, X與 Z 相互獨立?例 3 17:設(shè)( X ,Y) F ( x, y) A B

17、arctan xCyarctan ,23求:( 1) A, B, C 的值;(2) f(x,y);(3) f 1(x),f 2(y)(4) 判斷獨立性。e yx0, yx,例 3 18:設(shè)( X, Y)的密度函數(shù)為( x, y)0,其他 .學(xué)習(xí)必備歡迎下載試求:(1) X, Y的邊緣密度函數(shù),并判別其獨立性;( 2)( X, Y)的條件分布密度;( 3) P( X>2|Y<4) .3、簡單函數(shù)的分布例 3 19:設(shè)隨機變量X i (i1,2,3,4) 相互獨立同B( 1, 0, 4),求行列式X 1X 2XX 3X 4的概率分布。例 3 20:設(shè)隨機變量(X, Y)的分布密度為3x

18、0x1,0yx,( x, y)0,其他 .試求Z=X-Y 的分布密度。例 321:設(shè)隨機變量X和 Y 的聯(lián)合分布是正方形G=( x,y分布,試求隨機變量U=|X-Y| 的概率密度f(u).例 322:設(shè)某型號的電子元件壽命(以小時計)近似服從件,求其中沒有一件壽命小于180 小時的概率。)|1 x 3, 1y 3 上的均勻2N(160,20 )分布,隨機選取4例 323:對某種電子裝置的輸出測量了5 次,得到的觀察值X1,X2,X3, X4, X5,設(shè)它們是相互獨立的變量,且都服從同一分布z21e8,x0,F (z)0,其他 .試求: max X 1 , X 2 , X 3 , X 4 , X

19、 5 4 的概率。例 324:設(shè) X1, X2,2a, b, c, d, X 10 相互獨立同 N(0, 2)分布,求常數(shù)使Y aX 12b( X 2X3)2c( X 4 X 5 X 6 ) 2d ( X 7X8 X9X10)2服從2分布,并求自由度 m。例 325:設(shè)隨機變量 X 與 Y 相互獨立同服從N( 0,32)分布, x1 , x2 , x9 以及 y1 , y2 , , y9是分別來自總體X,Y 的樣本,求統(tǒng)計量學(xué)習(xí)必備歡迎下載9xii1K9yi2i1的分布。例 3 26:設(shè)隨機變量X t(n)(n>1),1求 Y2 的分布。X第四節(jié)歷年真題數(shù)學(xué)一:1( 87, 6 分)設(shè)隨

20、機變量X,Y 相互獨立,其概率密度函數(shù)分別為1,0 x 1e y ,y0f X ( x)f Y ( y)0,y00,其他求隨機變量 Z=2X+Y的概率密度函數(shù)。2( 91, 6 分)設(shè)二維隨機變量(X,Y)的概率密度為f ( x, y)2e ( x2 y)x0, y 00,其他求隨機變量Z=X+2Y的分布函數(shù)。3( 92, 6 分)設(shè)隨機變量 X與 Y 相互獨立,X 服從正態(tài)分布 N (,2 ) ,Y 服從 - , 上均勻分布, 試求 Z=X+Y的概率分布密度 (計算結(jié)果用標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù) 表示,其中1xt 2( x)e2 (dt) 。24( 94, 3 分)設(shè)相互獨立的兩個數(shù)隨機變量X 與

21、Y具有同一分布律, 且 X 的分布律X 01為則隨機變量 Z=maxX, Y 的分布律為。11p225( 95, 3 分)設(shè) X 和 Y 為兩個隨機變量,且P X0, Y0304,PX 0 PY77則 Pmax( X ,Y)0。6( 98, 3 分)設(shè)平面區(qū)域 D 由曲線 y1 及直線 y0, x 1, xe2 所圍成 ,二維隨x學(xué)習(xí)必備歡迎下載機變量()在區(qū)域D上服從均勻分布,則()關(guān)于X的邊緣概率密度在x=2 處的值X,YX,Y為。7( 99, 3 分)設(shè)兩個相互獨立的隨機變量X 和 Y 分別服從正態(tài)分布N( 0, 1)和 N(1, 1),則( A)( C)P XY1(B) P XY101

22、22P XY1(D) P XY101228( 99, 8 分)設(shè)隨機變量 X 與 Y 相互獨立,下表列出了二維隨機變量(X,Y)聯(lián)合分布律及關(guān)于X 和關(guān)于 Y 的邊緣分布律中的部分?jǐn)?shù)值,試將其余數(shù)值填入表中的空白處。Yy1y2y3P X xi p jXx1181x28p Y y j p j1169(02,3 分)設(shè) X1和 X 2是任意兩個相互獨立的連續(xù)型隨機變量,它們的概率密度分別為 f1 ( x)和 f 2 ( x) ,分布函數(shù)分別為F1 ( x)和 F2 (x) ,則( A) f1 ( x) f 2 ( x) 必為某一隨機變量的概率密度;( B) f1 (x) f2 (x) 必為某一隨機

23、變量的概率密度;( C) F1 (x) F2 ( x) 必為某一隨機變量的分布函數(shù);( D) F1 (x) F2 (x) 必為某一隨機變量的分布函數(shù)。10( 03,4 分)設(shè)二維隨機變量( X,Y)的概率密度為6x,0xy1f ( x, y)0 其他則PXY1=。11( 05, 4 分)從數(shù) 1, 2, 3, 4 中任取一個數(shù),記為X ,再從 1, X 中任取一個數(shù),記為 Y ,則 P Y2_。12( 05, 4 分)設(shè)二維隨機變量X ,Y 的概率分布為學(xué)習(xí)必備歡迎下載已知隨機事件X0與 XY1 互相獨立,則(A ) a0.2, b0.3(B ) a0.4,b0.1(C) a0.3, b0.2

24、(D ) a0.1,b0.4()13( 05, 9 分)設(shè)二維隨機變量X ,Y的概率密度為f x, y1,0 x1,0y2x,0,其他求:( I ) X ,Y 的邊緣概率密度f X x, fYy ;(II) Z2 XY 的概率密度f Zz。14( 06, 4分)設(shè)隨機變量 X 與 Y 相互獨立,且均服從區(qū)間0,3 上的均勻分布,則P max X ,Y1_。1x0, 1215(06,9 分)隨機變量 x 的概率密度為f xx1 , 0x2 令 yx 2 , F x, y40,其他為二維隨機變量X ,Y 的分布函數(shù)。( I)求 Y 的概率密度fY y(II) F1 ,42數(shù)學(xué)三:1( 90, 3

25、分)設(shè)隨機變量X 和 Y 相互獨立,其概率分布為學(xué)習(xí)必備歡迎下載m11m11P Xm11PYm112222則下列式子正確的是:(A)X Y(B)PX Y 0(C) P X Y1(D)PX Y 122( 90, 5 分)一電子儀器由兩個部件構(gòu)成, 以 X 和 Y 分別表示兩個部件的壽命(單位:千小時),已知 X 和 Y 的聯(lián)合分布函數(shù)為:F (x, y)1 e0. 5xe 0.5 ye 0.5 (x y )若x , y 00,其他( 1)問 X和 Y是否獨立?( 2)求兩個部件的壽命都超過100 小時的概率。3( 92, 4 分)設(shè)二維隨機變量( X,Y)的概率密度為e y , 0 x yf (

26、x, y)其他0,( 1)求 X 的概率密度 f X ( x);求PXY1 。4( 94, 8 分)設(shè)隨機變量 X 1, X 2 , X 3 , X 4 相互獨立且同分布,P( X i0)0.6, P( X i1) 0.4(i1,2,3,4) 。求行列式XX1X 2X 3X 4的概率分布。5( 95, 8 分)已知隨機變量( X, Y)的聯(lián)合概率密度為f ( x, y)4xy,若0 x 1,0y10,其他求( X, Y)的聯(lián)合分布函數(shù)。6( 97, 3 分)設(shè)兩個隨機變量X 與 Y相互獨立且同分布,P( X=-1 ) =P(Y=-1 )= 1 , P( X=1) =P( Y=1) = 1 ,則

27、下列各式成立的是22學(xué)習(xí)必備歡迎下載(A) P(X Y)1(B) P(X Y) 12(C) P(XY1(D) P( XY1)10)447( 98, 3 分)設(shè) F1 (x)與 F2 (x) 分 別 為 隨 機 變 量 X1 與 X2的分布函數(shù)。為使F ( x) a1 F1 (x)bF2 ( x) 是某一隨機變量的分布函數(shù),在下列給定的各組數(shù)值中應(yīng)?。?A) a3 ,b2( B) a2 ,b25533( C) a13( D) a13,b2,b2228( 99, 3 分)設(shè)隨機變量 X i101( i1,2),111424且滿足 P X1X201,則P X1X2等于(A)0(B) 1(C) 1(D

28、) 19( 01, 8 分)4X和 Y2設(shè)隨機變量的聯(lián)合分布是正方形G ( x, y : 1x 3,2 y 3 上的均勻分布。試求 隨機變量U| XY | 的概率 p密(u) 。度1210( 03,13 分)設(shè)隨機變量 X 與 Y 獨立,其中 X 的概率分布為 X 0.30.7而 Y 的概率密度為f(y) ,求隨機變量的概率密度( ) 。U=X+Yg u11( 05,4)從數(shù) 1,2,3,4 中任取一個數(shù), 記為 X ,再從 1, X 中任取一個數(shù), 記為 Y ,則 P Y 2_。12( 05, 4 分)設(shè)二維隨機變量X ,Y的概率分布為若隨機事件X0 與XY1 互相獨立,則a_, b_。學(xué)習(xí)

29、必備歡迎下載13( 05, 13 分)設(shè)二維隨機變量X , Y 的概率密度為fx, y1,0x1,0y2 x0,其他求:(I) X ,Y的邊緣概率密度f X x , f Yy ;(II) Z2 X Y 的概率密度f Zz ;(III)P Y1 X1.2214( 06, 4分)設(shè)隨機變量X 與 Y 相互獨立,且均服從區(qū)間0,3 上的均勻分布,則P max X ,Y1_數(shù)學(xué)四:1( 90, 6 分)甲、乙兩人獨立地各進(jìn)行兩次射擊,設(shè)甲的命中率為0.2 ,乙的命中率為 0.5 ,以X和Y分別表示甲和乙的命中次數(shù),試求()的聯(lián)合概率分布。X,Y2( 93, 3 分)設(shè)隨機變量 X 與 Y 均服從正態(tài)分

30、布, X N( ,42),Y N( ,52),記 p1=P X -4 , p2=P Y +5 ,則( A) 對任何實數(shù) ,都有 p1=p2。( B) 對任何實數(shù) ,都有 p1= p2。( C) 只對 的個別值,才有 p1=p2。對任何實數(shù) 都有 p =p2。13( 96, 7 分)設(shè)一電路裝有三個同種電氣元件,其工作狀態(tài)相互獨立, 且無故障工作時間都服從參數(shù)為>0 的指數(shù)分布。當(dāng)三個元件都無故障時,電路正常工作,否則整個電路不能正常工作。試求電路正常工作的時間T 的概率分布。4( 97, 3 分)設(shè)隨機變量服從參數(shù)為( 2,p)的二項分布,隨機變量 Y 服從參數(shù)為(3, p)的二項分布,若 P X 0=5 ,則 P Y1=。95( 98, 3 分)設(shè)F1 (x)與 F2 (x)分別為隨機變量12X 與X 的分布函數(shù)。為使F( x)= aF1( x)- bF2( x) 是某一隨機變量的分布函數(shù),在下列給定的各組數(shù)值中應(yīng)?。?A) a3 ,b2(B) a2 , b25533(C) a1 , b3( D) a1 , b322226( 99, 9 分)設(shè)二維隨機變量(X,Y)在矩形 G=( X,Y)0

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